Você sabia que o hidrogênio, o elemento mais simples e abundante do universo, pode causar sérios danos aos metais?
Esse fenômeno é chamado de fragilização por hidrogênio e consiste na perda de resistência e ductilidade de alguns metais quando expostos a ambientes que contêm hidrogênio, como água, óleo ou gás. O hidrogênio pode penetrar no metal e causar microfissuras que se propagam sob tensão, levando a fraturas frágeis e altamente danosas.
A fragilização por hidrogênio é um problema sério para a indústria de energia, transporte e construção, que utiliza aços de alta resistência para fabricar componentes como tubulações, tanques, navios, pontes e blindagens. Esses componentes estão sujeitos a condições ambientais agressivas e a cargas cíclicas, que podem favorecer a entrada e a difusão do hidrogênio no metal. Por isso, é importante prever e prevenir a fragilização por hidrogênio, evitando falhas catastróficas que podem causar perdas humanas, econômicas e ambientais.
Para isso, pesquisadores de diferentes países desenvolveram um novo conceito para prever a fragilização por hidrogênio em aços, baseado na geração de entropia durante a fadiga do metal. A entropia é uma medida da desordem de um sistema e aumenta com a deformação plástica, que é a mudança permanente de forma do material. Os pesquisadores propuseram que a entropia gerada durante a fadiga atinge um valor constante, independente do conteúdo de hidrogênio. Isso significa que o hidrogênio não afeta a entropia total, mas sim a forma como ela é distribuída no metal.
O conceito de entropia aumentada pelo hidrogênio (HEENT, na sigla em inglês) foi introduzido e discutido em um artigo científico publicado na revista International Journal of Hydrogen Energy. O artigo apresenta resultados experimentais, caracterizações em diferentes escalas e estudos de captura de hidrogênio em aços perlíticos, que são aços com baixo teor de carbono que apresentam uma microestrutura composta de ferrita (uma fase magnética do ferro) e cementita (um composto de ferro e carbono). Esses aços são usados em aplicações que requerem boa resistência ao desgaste, como eixos, engrenagens e molas.
Os pesquisadores concluíram que o mecanismo dominante para a fragilização por hidrogênio nos aços estudados é a plasticidade localizada aumentada pelo hidrogênio (HELP, na sigla em inglês). Esse mecanismo consiste na facilitação do movimento das discordâncias, que são defeitos na estrutura cristalina do metal, pelo hidrogênio, aumentando a deformação plástica localizada em torno das trincas. Isso reduz a resistência do metal e acelera o crescimento das trincas. Os pesquisadores apresentaram evidências diretas desse mecanismo em aços perlíticos com observações em escala nanométrica.
O conceito de HEENT pode ser útil para prever a fragilização por hidrogênio em aços, considerando os efeitos do hidrogênio na distribuição da entropia no metal. Além disso, o conceito pode ser aplicado a outros tipos de aços e de metais, contribuindo para o desenvolvimento de materiais mais resistentes e seguros.
